ANALISIS PENGARUH DIAMETER ORIFICE NOZZLE TERHADAP DISTRIBUSI SUHU PADA SISTEM PEMANAS EKSTRUDER FILAMEN PET BERBASIS SIMULASI ELEMEN HINGGA

Oleh :
Bayu Seto Yanuar - I0422028 - Fak. Teknik

Peningkatan timbunan sampah botol Polyethylene Terephthalate (PET) mendorong kebutuhan akan teknologi daur ulang mandiri yang mengubah limbah menjadi filamen pencetakan tiga dimensi. Salah satu komponen paling kritis pada mesin ekstruder filamen adalah sistem pemanas (hotend), khususnya diameter orifice nozzle yang menentukan distribusi suhu pada zona ekstrusi. Tujuan perancangan ini adalah merancang dan merealisasikan purwarupa mesin ekstruder filamen PET skala meja, serta menganalisis pengaruh variasi diameter orifice nozzle (1,5 mm; 1,75 mm; dan 2,0 mm) terhadap distribusi suhu, gradien termal aksial, dan heat flux pada ujung nozzle. Perancangan dilakukan mengikuti metode perancangan sistematis yang mencakup identifikasi kebutuhan (Voice of Customer), House of Quality, penurunan spesifikasi teknis, pembangkitan dan seleksi konsep, perhitungan teknik tahap perwujudan, serta analisis bagian kritis menggunakan Metode Elemen Hingga (Finite Element Analysis). Analisis termal transien dilakukan pada perangkat lunak ANSYS untuk memetakan distribusi suhu ketiga variasi, sementara analisis struktural termo-mekanik digunakan untuk mengevaluasi keamanan unit pemanas terhadap tegangan akibat ketidaksesuaian pemuaian termal. Hasil simulasi menunjukkan bahwa ketiga variasi mempertahankan suhu zona ekstrusi dalam rentang leleh PET (220–245 °C), dengan suhu rata-rata assembly yang hampir identik (237,16–237,18 °C). Diameter 2,0 mm menghasilkan gradien suhu aksial paling rendah (0,01692 °C/mm) namun disertai heat flux ujung tertinggi, sedangkan diameter 1,75 mm dipilih sebagai konfigurasi utama karena performa termal yang sebanding dengan margin keamanan memadai. Verifikasi struktural dengan pemodelan fillet dan studi konvergensi mesh menghasilkan tegangan konvergen 227,79 MPa pada akar ulir nozzle (faktor keamanan 1,91), dan analisis sensitivitas terhadap pelunakan termal aluminium 6061-T6 menunjukkan heat block tetap aman (faktor keamanan 1,13 pada retensi kekuatan 60%). Purwarupa fisik berhasil direalisasikan dan diintegrasikan, dengan kapasitas produksi teoritis 4,0 gram/jam dan estimasi titik impas investasi tercapai pada 633–731 jam operasi. Kesimpulan kelayakan termal pada tugas akhir ini bersifat prediktif berbasis model; validasi eksperimental terinstrumentasi terhadap suhu operasi aktual ditetapkan sebagai langkah verifikasi lanjutan.